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Liaison métallique: définition, propriétés et exemples

Liaison métallique: définition, propriétés et exemples



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Une liaison métallique est un type de liaison chimique formé entre des atomes chargés positivement, dans lequel les électrons libres sont partagés entre un réseau de cations. En revanche, des liaisons covalentes et ioniques se forment entre deux atomes distincts. La liaison métallique est le type principal de liaison chimique qui se forme entre les atomes de métal.

MARK GARLICK / BIBLIOTHEQUE PHOTOS DE SCIENCE / Getty Images

Des liaisons métalliques sont observées dans les métaux et alliages purs et certains métalloïdes. Par exemple, le graphène (un allotrope de carbone) présente une liaison métallique bidimensionnelle. Les métaux, même purs, peuvent former d'autres types de liaisons chimiques entre leurs atomes. Par exemple, l'ion mercureux (Hg22+) peuvent former des liaisons covalentes métal-métal. Le gallium pur forme des liaisons covalentes entre des paires d'atomes liées par des liaisons métalliques aux paires environnantes.

Comment fonctionnent les obligations métalliques

Les niveaux d’énergie extérieurs des atomes de métaux (les s et p orbitales) se chevauchent. Au moins un des électrons de valence participant à une liaison métallique n'est pas partagé avec un atome voisin, ni perdu pour former un ion. Au lieu de cela, les électrons forment ce qu'on pourrait appeler une "mer d'électrons" dans laquelle les électrons de valence sont libres de se déplacer d'un atome à un autre.

Le modèle électron-mer est une simplification excessive du collage métallique. Les calculs basés sur la structure de bande électronique ou les fonctions de densité sont plus précis. La liaison métallique peut être considérée comme la conséquence d’un matériau comportant beaucoup plus d’états d’énergie délocalisés que d’électrons délocalisés (déficit en électrons), de sorte que les électrons non appariés localisés peuvent devenir délocalisés et mobiles. Les électrons peuvent changer les états d'énergie et se déplacer dans un réseau dans n'importe quelle direction.

La liaison peut également prendre la forme d’une formation d’agrégats métalliques, dans laquelle des électrons délocalisés s’écoulent autour de noyaux localisés. La formation de liaison dépend fortement des conditions. Par exemple, l'hydrogène est un métal sous haute pression. À mesure que la pression diminue, la liaison passe de covalente métallique à covalente non polaire.

Relier les obligations métalliques aux propriétés métalliques

Les électrons étant délocalisés autour de noyaux chargés positivement, la liaison métallique explique de nombreuses propriétés des métaux.

ImageGap / Getty Images

Conductivité électrique: La plupart des métaux sont d'excellents conducteurs électriques car les électrons de la mer des électrons sont libres de se déplacer et de porter des charges. Les non-métaux conducteurs (tels que le graphite), les composés ioniques fondus et les composés ioniques aqueux conduisent l'électricité pour la même raison: les électrons sont libres de se déplacer.

Conductivité thermique: Les métaux conduisent la chaleur parce que les électrons libres sont capables de transférer de l'énergie de la source de chaleur et également parce que les vibrations des atomes (phonons) se déplacent à travers un métal solide sous la forme d'une onde.

Ductilité: Les métaux ont tendance à être ductiles ou à être entraînés en fils minces car les liaisons locales entre atomes peuvent être facilement brisées et reformées. Des atomes uniques ou des feuilles entières peuvent se glisser les uns sur les autres et reformer des liaisons.

Malléabilité: Les métaux sont souvent malléables ou peuvent être moulés ou pilés pour donner une forme, encore une fois, car les liaisons entre atomes se brisent et se reforment facilement. La force de liaison entre les métaux étant non directionnelle, il est donc moins probable que l’étirement ou la mise en forme d’un métal le fracture. Les électrons d'un cristal peuvent être remplacés par d'autres. De plus, comme les électrons sont libres de s’éloigner les uns des autres, le travail d’un métal n’est pas contraignant comme celui des ions chargés, ce qui pourrait fracturer un cristal sous l'effet d'une forte répulsion.

Lustre métallique: Les métaux ont tendance à être brillants ou à présenter un lustre métallique. Ils sont opaques dès qu'une certaine épaisseur minimale est atteinte. La mer d'électrons réfléchit les photons de la surface lisse. Il existe une limite de fréquence supérieure à la lumière qui peut être réfléchie.

La forte attraction entre les atomes dans les liaisons métalliques rend les métaux forts et leur confère une densité élevée, un point de fusion élevé, un point d'ébullition élevé et une faible volatilité. Il y a des exceptions. Par exemple, le mercure est un liquide dans des conditions ordinaires et a une pression de vapeur élevée. En fait, tous les métaux du groupe du zinc (Zn, Cd et Hg) sont relativement volatils.

Quelle est la force des obligations métalliques?

Parce que la force d'une liaison dépend de ses atomes participants, il est difficile de classer les types de liaisons chimiques. Les liaisons covalentes, ioniques et métalliques peuvent toutes être des liaisons chimiques fortes. Même en métal en fusion, la liaison peut être forte. Le gallium, par exemple, est non volatil et a un point d'ébullition élevé même s'il a un point de fusion bas. Si les conditions sont favorables, le collage métallique ne nécessite même pas de treillis. Ceci a été observé dans des verres à structure amorphe.


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